野辺山 45 m 望遠鏡用 100 ghz 帯 2sb 受信機システムの開発
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第 10 回 受信機ワークショップ , Mar.05-06, 2010. 野辺山 45 m 望遠鏡用 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発. 中島 拓（国立天文台・野辺山） 宮澤 千栄子、岩下 浩幸、久野 成夫、川辺 良平（国立天文台・野辺山） 片瀬 徹也、西村 淳、木村 公洋、小川 英夫（大阪府大・理） 酒井 剛、河野 孝太郎（東京大学・理） 浅山 信一郎（国立天文台・ ALMA ） 田村 友範、野口 卓（国立天文台・ ATC ）. 発表内容. 1. 45 m 鏡用新観測システムの概要 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
野辺山 野辺山 45 m 45 m 望遠鏡用 望遠鏡用 100 GHz 100 GHz 帯 帯 2SB 2SB 受信機システムの開発受信機システムの開発
中島 拓（国立天文台・野辺山）中島 拓（国立天文台・野辺山）
宮澤 千栄子、岩下 浩幸、久野 成夫、川辺 良平（国立天文台・野辺宮澤 千栄子、岩下 浩幸、久野 成夫、川辺 良平（国立天文台・野辺山）山）
片瀬 徹也、西村 淳、木村 公洋、小川 英夫（大阪府大・理）片瀬 徹也、西村 淳、木村 公洋、小川 英夫（大阪府大・理）酒井 剛、河野 孝太郎（東京大学・理）酒井 剛、河野 孝太郎（東京大学・理）
浅山 信一郎（国立天文台・浅山 信一郎（国立天文台・ ALMAALMA ））田村 友範、野口 卓（国立天文台・田村 友範、野口 卓（国立天文台・ ATCATC ））
第 10 回 受信機ワークショップ , Mar.05-06, 2010
発表内容
1. 45 m 鏡用新観測システムの概要
2. 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発2-1. シングルビーム受信機2-2. 2 ビーム受信機2-3. マルチビーム受信機
3. 今後の展望
はじめに• 野辺山 45 m 望遠鏡
– ミリ波観測用としては世界最大級– ALMA に向けて重要な観測的研究– ALMA 時代にも重要な単一鏡
– 100 GHz 帯 ⇒ IRAM 30 m 鏡 （” EMIR” ; 2SB receiver, Trx ～ 50K, IF=4-12 GHz ）– 低周波 ⇒ GBT 100 m 鏡 （ K,Ka band ; Tsys ～ 40 K ）
早急に 45m 鏡の観測システムの開発・改修が必要
45 m 鏡用新観測システムの概要
5-7 GHz5-7 GHz 4-8 GHz4-8 GHz
0.5 GHz x 8 0.5 GHz x 8 2 GHz x 162 GHz x 16
HEMT HEMT 系系 旧 旧 SIS SIS 系系 2SB SIS2SB SIS 系系
4 GHz,3 bit4 GHz,3 bit
• 受信機、 IF 系、 A/D コンバータ、分光計、制御ソフト、解析プログラムの開発
– 高感度・広帯域受信機高感度・広帯域受信機• 2SB 受信機（ IF=4-8 GHz ）
– 広帯域・高分解能分光計広帯域・高分解能分光計• 2 GHz (4096 チャネル ) x 16 台＝ 32 GHz
45 m 鏡用新観測システムの概要
※ 特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の進化の研究」（代表：河野）などのサポートによる
45 m 鏡用新観測システムの概要
• 望遠鏡および光学系の改修– 日よけパネル 700 枚交換– 主鏡パネル一部交換– ビーム伝送系ミラー交換（検討中）
現 状１．Ｓ８０／Ｓ１００ ： 片偏波シングルビーム（ SSB
モード）２．ＢＥＡＲＳ ： 片偏波マルチビーム（ DSB
モード）
7
・ 45 m 望遠鏡の最高周波数として重要な受信機・ さらなる高感度化、広帯域化を目指す
計 画 １．Ｔ１００ ： 両偏波シングルビーム
（ 2SB モード） → 2008 年より共同利用に公開
２． TZ ： 両偏波 2 ビーム（ 2SB モード）
→ 2009 年より所内観測で試験中
３．新マルチ ： 両偏波マルチビーム（ 2SB モード）
100 GHz 帯 2SB 受信機の開発
仕 様RF ; 80-115 GHz
I F ; 4-8 GHz x 4 系統 Trx ; ~ 50 K (SSB)
IRR; > 10 dB
8
シングルビーム両偏波・シングルビーム両偏波・ 2SB 2SB 受受信機信機
– 従来の S80/S100 の後継機
– 2007 年 12 月搭載・試験運用
– 2009 年 2 月より本格運用
受信機開発 (1) ： T100
(Nakajima et al. 2008)
従来の受信機（ S100 ）の性能
新受信機（ T100 ）の性能• fLO=80-115 GHz に対し、 Trx ～ 50 K
（従来の 1/4 の低雑音化に成功）
0
50
100
150
200
80 85 90 95 100 105 110 115
V-pol. USBLSB
LO Frequency [GHz]
0
50
100
150
200
80 85 90 95 100 105 110 115
H-pol. USBLSB
LO Frequency [GHz]
(Nakajima et al. 2008)
• 観測したいスペクトルと同じ周波数の信号を送信• USB,LSB 出力をスペアナで測定し、 IRR を算出
サイドバンド分離比（ IRR ）測定装置
(Nakajima et al. 2010)
サイドバンド分離比（ IRR ）測定装置
(Nakajima et al. 2010)
サイドバンド分離比（ IRR ）測定装置
(Nakajima et al. 2010)
サイドバンド分離比（ IRR ）測定装置
(Nakajima et al. 2010)
仕 様RF ; 80-115 GHz
I F ; 4-8 GHz x 8 系統
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2 ビーム両偏波・ 2SB 受信機
– 現在開発中の新受信機
– 2009 年秋～搭載試験中
– 2010 年秋～本格運用予定
目 的 ・ 点源天体の観測 ・ どちらかのビームが必ず
on 点を観測する
受信機開発 (2) ： TZ
TZ 受信機の on-on 観測
従来機従来機
TZTZ 受信機受信機
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特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の進化の研究」（代表；河野 孝太郎）
「 ASTE で見出されたサブミリ銀河の CO 探査」
1.サブミリ銀河探査2.距離・年代の推定
↓ z=2 ～ 4 で CO(2-1),(3-2), (4-3),(5-4) が 70-120 GHz に来る
⇒ red shift の決定Hatsukade et al., submitted to ApJHatsukade et al., submitted to ApJ
TZ 受信機によるサイエンス
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2 ビーム・両偏波・両サイドバンド
– ホーン x 2
– OMT x 2
– 2SB ミクサ x 4
– IF ハイブリッド x 4
– アイソレータ x 8
– HEMT アンプ x8
IF = 4-8 GHz x 8 系統 （ 32 GHz を出力）
TZ 受信機ブロック図
-0.5
0
0.5
1
1.5
115.15 115.2 115.25 115.3 115.35 115.4
Frequency [GHz]
ファーストライト１（ May 23, 2009 ）
観測ライン ： 12CO (J=1-0)
観測天体 ： 晩期型炭素星 IRC+10216 （ CW Leo ）
-2
0
2
4
6
8
115.15 115.2 115.25 115.3 115.35 115.4
Frequency [GHz]
Ta*
[K
]
ファーストライト２（ Dec 15, 2009 ）
観測天体 ： R-Cas （ SiO メーザー）観測装置 ： TZ 受信機＋新 IF 系＋ PANDA＋ SAM45
ビームパターンの測定結果
ビーム間隔 ： 46 ± 3 秒ビーム能率 ： 約 50 %ビームサイズ： 18.9 秒
土星の連続波で測定されたビームパターン
40
50
60
70
80
90
100
-160 -120 -80 -40 0 40 80
x=0x=-58
Angle [arcsec]
ビームパターンの計算値
定在波除去装置（ PLM ）の開発
• 片瀬 徹也ほかポスター– 「 1.85 m 及び 45 m 電波望遠鏡に搭載する定在波除去 装置の開発について」参照
5
6
7
8
9
10
6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
PLMなしPLMあり
IF [GHz]
仕 様Beam ; 初期： 2x2 = 4 ビーム
次期： 4x4 = 16 ビームRF ; 80-115 GHz
I F ; 4-8 GHz
両偏波・片サイドバンド 32 GHz 観測
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マルチビーム両偏波・ 2SB 受信機
– BEARS の後継機
– 現在開発中の新受信機
– 2010 年秋～搭載試験予定
目 的 ・ OTF との組み合わせで
高感度・高速マッピング
受信機開発 (3) ：新マルチ
2x2 ビーム受信機の設計• 光学系の設計（主に大阪府立大学）
2x2 ビーム受信機の設計• 2SB ミクサの設計
• 体積比で従来の 40 % のコンパクト化
Asayama et al. (2004)
4x4 ビーム受信機の設計
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今後の予定
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＜ TZ （ 2 ビーム） 受信機＞2009 冬～春 45 m 鏡搭載試験（所内観測）2010 春～秋 実験室性能評価
・ Trx, IRR 性能の向上 ・受信機出力安定度の向上
2010 秋 科学運用（共同利用観測）開始
＜新マルチ受信機＞2009 冬～春 受信機性能評価（ 1 ビーム）2010 秋 45 m 鏡搭載試験（ 4 ビーム）2011 or 1245 m 鏡搭載試験（ 16 ビーム）